当物联网、汽车自动驾驶和5G离我们越来越近时，会需要越来越多的传感器。数据转换器作为模拟和数据转换之间的桥梁，也在不断演进——集成度更高、尺寸更小、功耗更低，此外，数据转换器的通用性也很重要，以适合多样化的应用，从而可以批量生产、降低单位器件的成本。
自动化驱动数据转换器的发展
2018年12月初，TI（德州仪器）数据转换器产品业务部副总裁兼总经理Karthik Vasanth来京，向电子产品世界等媒体介绍了其数据转换器的趋势，及其刚刚推出的小尺寸DAC和ADC，主要针对工业和汽车领域。
据悉，在数据转换器发展中，尺寸和性能方面的下降趋势，以TI高度精度数据转换器演进为例(如下图)，可见自2000年以来的近二十年，数据转换器的尺寸不断变小；另一方面单位性能却在不断提升。与此相对应的是，客户的产品，例如光通信模块，尺寸也在不断缩小，数据传输率提高了40倍，功耗下降了2倍。
图：TI高精度数据转换器尺寸演进图
观察当今市场的趋势，可用自动化来表述，需要分布式传感、更高性能和更高密度。
具体地，在工厂、汽车和消费电子等领域的驱动下，需要体积更小的传感器。例如工业4.0、智能工厂需要更多的传感器，例如马达控制时，需要知道位置信息和保障安全，因此需要更多、体积更小、精度更高的传感器及数据转换器。在通讯领域，5G比4G的数据传输率要求更高，但设备的外形体积不变，因此需要性能更高、体积更小的数据转换器。个人穿戴设备诸如手表和手环等，对器件的低功耗和体积大小的要求非常严苛。汽车自动驾驶领域，例如车道偏离、防碰撞检测等也需要高性能和低功耗的器件。
TI数据转换器的核心投资领域
为此，TI数据转换器主要有两个投资方向：高精度和高速度。高精度方面，继续向小体积、低功耗、高精度、高吞吐量等方向继续投入。高速方面，关注超高速和低功耗。例如已有超高速产品ADC12DJ3200，用于射频千兆采样。
如何减小芯片的体积？TI有丰富的IC设计工程师，他们都具有二十年多年的经验，对架构进行了优化。2.工艺，大部分采用TI专有的CMOS工艺，超高速产品会用到外部的制程。3.封装方面，采用更小的封装。值得说明的是，由于芯片体积越来越小，对于客户的SMT（表面贴装技术）生产制造提出了挑战，因此TI在发布产品的同时，往往有较小尺寸和较大尺寸多种封装方案。此外，为了方便客户选型何设计，例如设计的PCB（印制电路板）布局，需要考虑电源、散热等布局，为此TI网站提供了丰富的工具和参考设计。
现在，很多数据转换器中内置振荡器，好处有三：1.简化了外部器件，易于设计；2.减少了外部干扰，例如减少电网50 Hz或60 Hz(美国等西方电网)工频的干扰；3.使系统方案的体积更小、功耗更低。
四个鲜活的小尺寸案例，就是TI此次推出的DAC和ADC了（例如上图红圈内的型号）！
16位和14位DAC：面向光通讯和PLC等应用
12月初，TI推出了集高性能与高可靠性于一体的业界最小的DAC（数模转换器）。型号为DAC80508与DAC70508，均是八通道高精度数模转换器(DAC)，分别提供真正的16位和14位分辨率。不仅在紧凑空间内实现高性能，还有增强的可靠性，可以保证在恶劣条件下通讯。具体特点如下。
•减小系统尺寸。这两款DAC都包括一个2.5 V，5 ppm/°C内部基准，从而不再需要外部精度基准。供应2.4 mm x 2.4 mm晶粒尺寸型球栅阵列封装(DSBGA)或晶圆级封装(WCSP)，及3 mm x 3 mm四方扁平无引脚(QFN)-16封装，这些设备最多可比竞争对手产品小36%。新DAC使得设计人员不必在高性能与小尺寸之间艰难取舍，便于工程师实现最佳系统精度、减小板尺寸或增加通道密度。
•高系统精度与更高可靠性。除紧凑尺寸外，DAC80508和DAC70508提供真正的1位最低有效位(LSB)积分非线性，因此能够实现16位和14位分辨率水平上的最高精度——与竞争对手产品相比，线性度高出66%。它们全部都具有从-40°C到+125°C的更大温度范围，提供如循环冗余校验(CRC)等特性，进而可提高系统可靠性。
二款DAC的参考设计如下图所示，用于激光通讯方面的一种典型应用。激光通讯分为二部分：高速和低速。该参考设计的目的是提供稳定的偏置电流。如下图可见，由于有了CRC，还有两级放大器可提供偏置电流，以提供精确、稳定的电流给激光发光二极管。
两款24位ADC：面向高精度工业应用
TI还发布了两款高精度Σ-Δ ADC（模数转换器），亮点是尺寸小，只有3 mm x 3 mm，有24位高精度和高集成度，有增强的可靠性。
型号为ADS122C04和ADS122U04，分别提供双线I2C兼容接口及双线UART兼容接口，其中C代表I2C接口，U代表UART接口。特点归纳如下。
• 小体积。这些微型24位精度ADC供应3 mm x 3 mm特薄QFN (WQFN)-16和5 mm x 4.4 mm超薄紧缩小型封装(TSSOP)-16选项。较之串行外围接口(SPI)，双线接口只需少量数字隔离通道，这降低了隔离系统的总成本。这些高精度ADC使得设计人员可以利用集成灵活的输入多路复用器、低噪声可编程增益放大器（PGA）、两个可编程励磁电流源、一个振荡器和一个高精度温度传感器，舍弃外部电路。
• 改进性能。这两款设备都具有低漂移2.048 V，5 ppm/°C内部基准。它们的内置2%精度振荡器，有助设计人员改进电源线循环噪声抑制，在嘈杂环境中实现更高精度。设备的增益值为1到128，噪声则低至100 nV，故设计人员可测量小信号传感器，以及因采用一个ADC而形成的宽信号输入范围。此设备系列还供应引脚到引脚兼容的16位选项，这让设计人员只需调高或调低性能，便可灵活地满足各种系统要求。
应用案例是供热表设计（如下图）。该电路主要用于检测温度，以此决定向用户收费多少钱。该电路主要是读取RTD（热电阻）的信号，然后供给MCU（注：本例中是TI MSP430FR6047）计算，由于牵扯到收费，因此对检测精度要求很高，且功耗极低，支持电池工作五到十年。
小结
数据转换器性能越来越高、尺寸越来越小、功耗越来越低，同时尽量具有通用性，以具有成本竞争力。
图：TI此次新的数据转换器海报（小尺寸芯片堪比蚂蚁）
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